Nữ tiến sĩ Việt tạo vật liệu công nghệ cao từ phế thải, đạt giải châu Á

Giải thưởng Sáng tạo châu Á 2025 của Quỹ Hitachi vừa xướng tên hai nhà khoa học Đại học Bách khoa Hà Nội, trong đó tiến sĩ Vũ Thị Tần nhận giải Khuyến khích với chuỗi nghiên cứu chuyển hóa chất thải luyện kim thành graphene và vật liệu carbon công nghệ cao.

Từ những dòng graphite phế phẩm tưởng chỉ có thể đem chôn lấp, nữ tiến sĩ xây dựng một hướng đi mới: biến gánh nặng môi trường thành nguồn lực chiến lược cho công nghệ và phát triển bền vững.

Biến phế thải luyện kim thành vật liệu chiến lược

Trong ngành thép, mỗi năm các nhà máy tạo ra lượng lớn chất thải chứa carbon như graphite từ lò luyện thép, từ điện cực thải, lớp lót lò, xỉ.

Đây là dòng chất thải khó xử lý, nếu chôn lấp sẽ tốn chi phí và tiềm ẩn rủi ro môi trường. Trong khi đó, graphene và vật liệu nền graphene lại đang được xem như “vàng đen” của thế hệ vật liệu mới, ứng dụng trong điện tử, năng lượng, xử lý môi trường.

Graphene là một lớp nguyên tử carbon (2D), còn graphite là vật liệu xếp chồng nhiều lớp graphene (3D). Điều “trớ trêu” nằm ở chỗ: cùng là carbon, nhưng để đi từ cấu trúc nhiều lớp graphite sang graphene đơn lớp hoặc một vài lớp có chất lượng cao và đồng nhất thì quy trình thường phức tạp và chi phí cao.

Chia sẻ với phóng viên báo TinCongNghe, TS Vũ Thị Tần cho biết, câu hỏi mà nhóm nghiên cứu lúc đó đặt ra là: liệu có thể đi ngược chiều, xuất phát từ graphite thải và các vật liệu carbon phế phẩm trong luyện kim để tạo ra graphene và vật liệu graphene hiệu năng cao, thay vì coi chúng là rác kỹ thuật.

Từ đó, nhóm đã phát triển các quy trình hóa học để xử lý những dòng phế thải này, thu được graphene oxide, reduced graphene oxide và các hệ vật liệu nền graphene khác nhau.

“Cốt lõi của các quy trình nằm ở chỗ làm sạch, kiểm soát kích thước, cấu trúc lớp và bề mặt của nguồn graphite thải, kết hợp các bước oxy hóa, tách lớp và khử, sao cho vừa tận dụng được hàm lượng carbon cao, vừa hạn chế tạp chất kim loại và tàn dư vô cơ đi kèm”, TS Tần nói.

Không chỉ dừng ở quy trình trên giấy, các kết quả này được bảo hộ bằng nhiều bằng sáng chế tại Mỹ, Canada, châu Âu, Brazil, Nam Phi, dưới dạng các phương pháp chế tạo graphene oxide, reduced graphene oxide từ kish graphite hay điện cực graphite thải.

Đây là cơ sở để tiến tới thương mại hóa, mở đường cho các dòng sản phẩm graphene chi phí thấp, thân thiện môi trường hơn so với các công nghệ truyền thống.

Từ graphene “tái sinh” đến các ứng dụng môi trường và năng lượng

Điểm đáng chú ý trong hướng nghiên cứu của TS Vũ Thị Tần là graphene không chỉ là “sản phẩm cuối”, mà là nền tảng để phát triển nhiều vật liệu composite, nhắm tới các bài toán thiết thực của công nghiệp và đời sống.

Một nhánh nghiên cứu quan trọng là sử dụng composite giữa graphene và zeolit hoặc vật liệu xốp để làm sạch dầu máy biến áp, giúp loại bỏ tạp chất và sản phẩm phân hủy, kéo dài tuổi thọ thiết bị và nâng cao độ an toàn cho hệ thống truyền tải điện.

Chuyên gia này phân tích sâu hơn: “Ở một hướng khác, nhóm phát triển các vật liệu graphene kết hợp nano oxit kim loại để xử lý nước và khí ô nhiễm, tận dụng diện tích bề mặt lớn, khả năng dẫn điện và khả năng điều chỉnh cấu trúc của graphene để tăng hiệu quả xúc tác quang, hấp phụ các chất hữu cơ độc hại hoặc kim loại nặng”.

Một số nghiên cứu tập trung vào khả năng sử dụng vật liệu nền graphene trong làm ngọt nước biển, góp phần trả lời bài toán an ninh nguồn nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Chuỗi công bố quốc tế của chị trải dài trên nhiều tạp chí chuyên ngành về xúc tác môi trường, vật liệu nano, hóa học môi trường, cho thấy đây không phải là những thử nghiệm riêng lẻ mà là một chương trình nghiên cứu hệ thống, kết nối từ thiết kế vật liệu, tối ưu quy trình chế tạo đến thử nghiệm thuộc các điều kiện thực tế.

Chia sẻ về ý nghĩa của hướng đi này, nữ tiến sĩ nhấn mạnh giá trị lớn nhất không chỉ nằm ở việc tạo ra vật liệu mới, mà ở việc “lật ngược” cách nhìn về chất thải: thứ từng bị coi là gánh nặng xử lý nếu biết cách tiếp cận sẽ trở thành nguồn lực công nghệ, mang lại cả giá trị kinh tế lẫn giá trị môi trường.

Theo Hội đồng giải thưởng Sáng tạo châu Á, các công trình của tiến sĩ Vũ Thị Tần được đánh giá cao vì gắn trực tiếp với các mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hợp Quốc, nổi bật ở khía cạnh sử dụng bền vững tài nguyên, giảm chất thải và thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn trong ngành công nghiệp nặng.